活塞是构成柴油机燃烧室的重要活动部件，它承受燃烧室燃料燃烧释放的热能，并将其转化为机械能。活塞的设计质量及工作可靠性、耐久性对发动机整机性能有着不容忽视的影响。由于活塞在工作的过程中受到热负荷与机械负荷的耦合作用，承受的应力应变情况相对复杂。对活塞的优化显得尤为重要，而通常情况下，对活塞优化旨在降低冷却油温度，延长活塞的使用寿命。在实际的研究过程中，由于发动机制造成本较高，实验研究成本高，所以业内广泛采用数值模拟对内燃机零部件进行优化设计。84551

内燃机燃烧过程的数值模拟综合运用了工程热力学、工程流体力学、传热传质学，化学反应动力学及数值计算等学科的知识，运用一组方程式描述内燃机工作过程中气缸内工质的流动和传热行为。它建立在内燃机运行过程的物理化学模型的基础上，用微分方程组描述燃烧过程，再用数值计算方法求解，解算出得各参数在时空中的分布规律，从而分析出相关参数对内燃机性能的影响。针对具体的内燃机问题提出了对应的燃烧模型（零维模型、准维模型及多维模型）。随着计算机技术的发展，基于燃烧数值模拟的活塞优化设计将会日益成熟，这将会使得活塞摩擦造成的摩擦功耗降低，使活塞的使用寿命延长，工作的可靠性提高。论文网

1三维建模软件在柴油机设计中的应用

随着计算机技术的发展与进步，三维建模软件在机械设计制造行业中已经得到了广泛的应用。本设计采用基于三维CAD系统的SolidWorks软件建立活塞模型。SolidWorks软件功能强大，组件繁多。功能强大、易学易用和技术创新的三大优点使其成为领先的、主流的三维CAD解决方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。

在三维建模软件的普及推动之下，柴油机设计制造行业才得到迅速的发展。SolidWorks是一款典型的三维建模软件，它广泛应用于产品的结构设计。设计师根据设计思想在草图环境中绘制草图，随之生成模型实体，再建立装配体。在分析环节，可以运用SolidWorks的辅助功能对已建立的模型进行模拟功能分析。分析结果对产品的优化设计起着重要的指导作用。设计师参考分析结果对产品模型进行合理地修改以达到设计标准，然后输出工程图用于生产制造。鉴于SolidWorks的以上优点，本设计采用SolidWorks建立活塞模型。

2有限元分析软件在柴油机活塞校核中的应用

有限元分析技术（FEA，FiniteElementAnalysis）[1]运用数学近似的方法对物理系统进行数值模拟。基于有限数量的未知量逼近无限未知量的原理，运用离散点的物理量反映物理量的连续分布情况。有限元分析可以用来分析多学科的问题，例如：机械、电磁、热力学等。有限元分析软件可以用来对柴油机的零部件进行数值模拟，从而求解出热传导的连续性问题，以此达到对零部件分析的目的。本设计的难点在于如何确定内燃机活塞的热边界条件。

本文采用的是SolidWorks软件中的Simulation模块对已建立的活塞模型进行强度校核。SolidWorksSimulation使用有限元法计算承受特定载荷零部件的位移、应变和应力。

SolidWorksSimulation使用四面体单元、三角形单元和横梁单元将几何体进行空间的离散化，并运用稀疏求解器或迭代求解器对其进行解算，从而输出相关物理量的分布云图。SolidWorksSimulation还提供了针对平面应力、平面应变、拉伸和轴对称选项的2D简化假设。SolidWorksSimulation可使用h或p自适应单元模型，该自适应方法可确保解算收敛，这将会为设计师和工程师带来巨大优势。对于壳体网格划分，SolidWorksSimulation提供了一个称为ShellManager的效率工具来管理零件或装配体文档的多壳体定义。它将工作流程改进为根据类型、厚度或材料来组织壳体，并更好地可视化和验证壳体属性。通过与SolidWorks3DCAD集成，使用SolidWorksSimulation的有限元分析可在网格划分过程中获知准确的几何体。网格与产品几何体的匹配度越高，分析结果就越准确。对被分析零部件而言，由于操作载荷性质的不同，SolidWorksSimulation使用FEA方法来计算产品中的位移和应力（力、压强、加速度、温度、零部件之间的接触）。可以从热力、流体和运动模拟算例中导入负载来执行多物理分析。